科学技術振興事業団（理事長　沖村憲樹）と理化学研究所（理事長　小林俊一）は、生命現象に必須で、細胞内カルシウム振動を引き起こす原因分子であるイノシトール三リン酸（IP₃）レセプター（細胞の中のカルシウムの袋からカルシウムを放出するのに重要な栓の役割を持っているチャネル分子）のIP₃が結合する部位の結晶化に成功し、３次元Ｘ線結晶構造の解明に世界で最初に成功しました。本研究の成果は、英国科学誌ネイチャーより、１１月１８日午前４時にインターネット版 nature（http://www.nature.com）の Advance Online Publication(AOP)上にて公開されます。

　これは、科学技術振興事業団の国際共同研究事業、カルシウム振動プロジェクト（代表研究者は理化学研究所 脳科学総合研究センター 発生神経生物研究チームリーダー／東京大学医科学研究所教授 御子柴克彦氏、及びスウェーデン カロリンスカ研究所小児科科長／教授 アニタ・アペリア氏）が、理化学研究所 分子神経形成研究チームリーダー 古市貞一氏、東京大学医科学研究所助手 道川貴章氏、カナダトロント大学教授 伊倉光彦氏との研究成果です。

　カルシウムイオン(Ca²⁺)は、金属イオンとしては唯一の細胞内セカンドメッセンジャーであり、生理的な状態の細胞内Ca2+濃度は、10^-7 M、細胞外濃度は10-³ Mを維持しています。外界からの種々の刺激に対応して細胞外からの細胞表面膜を介するCa²⁺流入と、細胞内小器官（滑面小胞体や核膜など）からのCa²⁺放出が協調的に働き、時間的･空間的に特異な細胞内のCa²⁺変動を生じ、多様な生理機能を引き起こします。

　カルシウムは地核を構成する全元素の3 ％を占め、金属元素ではアルミニウム、ナトリウムに次いで３番目に豊富なものであり、天然水に比較的大量に含まれています。また、Ca²⁺は生体において必須のシグナル伝達分子として生理機能に関わっています。動物体内に存在するカルシウム総量のほとんどは、骨、歯、などの硬組織にヒドロキシアパタイトの形で析出しており、きわめてわずかな量のカルシウムがイオン（Ca²⁺）の形で細胞内外の体液中に存在しています。細胞内のCa²⁺濃度は10^-7 Mと非常に低く保たれています。細胞膜を介して細胞外からCa²⁺が流入したり、細胞内小器官から細胞質内にCa²⁺が放出されることにより、Ca²⁺依存性の種々の生理機能が活性化されます。そして、いったん上昇した細胞内のCa²⁺は種々の排出系により速やかに細胞質外あるいは小胞体内へ移り、細胞内は再び低Ca2+濃度定常状態に戻ります。Ca²⁺の関与する細胞機能は以下の様に多岐に渡っています。

(1) 刺激－分泌共役（ホルモン分泌、神経伝達物質放出）
(2) 刺激－収縮共役（筋収縮）
(3) 神経伝達物質の生合成
(4) 細胞の形態、運動
(5) 細胞分裂
(6) 軸索流
(7) シナプスの可塑性
(8) 遺伝子発現
(9) 受精
(10) 背腹軸決定（腹側化因子として）

また、これら以外にも種々の代謝反応などがあります。

　ホルモンや成長因子、神経伝達物質などの細胞外刺激物質の多くは、細胞内セカンドメッセンジャーであるIP₃の産生を引き起こします。IP₃は細胞内小器官上に存在するIP₃レセプターに結合し、チャネルの開口を誘導することで細胞内のCa²⁺濃度を上昇させます。このようにIP₃レセプターが働くためには、リガンド（作用物質）であるIP₃が結合しなければなりません。IP₃レセプター上には特異的にIP₃と結合する部位があり、この部分だけを人為的に作成するとIP₃吸収体（IP₃スポンジ）として働くことがわかっています。IP₃スポンジは、情報伝達のために細胞が本来生成しているIP₃の細胞内濃度を変化させることで、上記の様々な細胞機能を調節しうる可能性を持つ物質であり、創薬の点からもIP₃結合部位がいかにしてIP₃を認識するかを知ることは大変重要であります。

　今回の成果はIP₃レセプターのIP₃結合部位を結晶化し、Ｘ線結晶構造解析により３次元構造を明かにしたというものです。これによりIP₃がサンドイッチのように２つの分断された配列により認識される様子を目で見ることが出来ました。この成果から１）この部位を認識する新しい天然のリガンド（IP₃と同じ作用を持つ物質）のスクリーニング、２）IP₃を認識し可視化するIP₃インディケーターの作製、３）IP₃スポンジとしての強力な細胞機能の調整薬の作製が可能となります。